Trabajo Y Energía

TRABAJO DE UNA FUERZA

Se dice que una fuerza realiza trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del inglés Work).

TRABAJO MECÁNICO Y UNIDADES

El trabajo es una magnitud física escalar que dependerá en general de la trayectoria que una los puntos A y B, a no ser que la fuerza F sea conservativa, en cuyo caso el trabajo resultará ser independiente del camino seguido para ir del punto A al punto B, siendo nulo en una trayectoria cerrada. Así, podemos afirmar que el trabajo no es una variable de estado. (Ver anexo 1)

Sistema Internacional de Unidades

• Julio o joule, unidad de trabajo en el SI

• Kilojulio: 1 kJ = 103 J

Sistema Técnico de Unidades

• Kilográmetro o kilopondímetro (kgm) = 1kilogramo-fuerza x 1 metro = 9,80665 J

Sistema Cegesimal de Unidades

• Ergio: 1 erg = 10-7 J

TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE

En el caso particular de que la fuerza aplicada a la partícula sea constante (en módulo, dirección y sentido), se tiene que

es decir, el trabajo realizado por una fuerza constante viene expresado por el producto escalar de la fuerza por el vector desplazamiento total entre la posición inicial y la final. Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.

Si sobre una partícula actúan varias fuerzas y queremos calcular el trabajo total realizado sobre ella, entonces F representará al vector resultante de todas las fuerzas aplicadas. (Ver anexo 2)

TRABAJO REALIZADO POR LA GRAVEDAD

El trabajo realizado es igual a la fuerza necesaria para moverlo hacia arriba por la distancia vertical que recorre. La fuerza necesaria (si el objeto se mueve con velocidad constante) es igual al peso del objeto m.g, de modo que el trabajo realizado al levantar un objeto hasta una altura h está dado por el producto

m.g.h: EP = m.g.h:

Observe que la altura h es la distancia recorrida hacia arriba desde cierto nivel de referencia, como la Tierra o el piso de un edificio.

POTENCIA MECÁNICA. UNIDADES DE POTENCIA

La potencia es la razón de cambio a la que se realiza el trabajo. Es igual al cociente del trabajo realizado entre el intervalo de tiempo que toma realizarlo:

Como puedes notar tanto el trabajo T como el tiempo t son magnitudes escalares, por lo que la potencia también es un escalar. Si la fuerza que efectúa trabajo es constante y desplaza el cuerpo una distancia d en la misma dirección y sentido, se tiene que el trabajo es: T=F.d; dando lugar que ; donde d/t mide el valor de la rapidez media del cuerpo, por lo que la potencia se puede escribir como P= F.v

Así por lo tanto, la potencia se puede medir mediante el producto de la velocidad por la magnitud de la fuerza que actúa a lo largo de la dirección de la fuerza.

La unidad de potencia es el joule por segundo, también llamado watio (En honor a James Watt, quién desarrolló la máquina de vapor a fines del siglo XVIII). Se gasta un Watio (W) de potencia cuando se realiza un joule de trabajo en un segundo. Un Kilowatio (kW) es igual a 1000 Watios. Es de uso común en los recibos de luz la unidad kilowatio-hora (kW-h), la cual es una unidad de energía o trabajo y se deriva de T = P.t., donde P se mide en kW y el tiempo en horas.

Un Megawatio (MW) es igual a un millón de Watios. Un motor de 100 W es el que consume 100 joules en un segundo.Otras unidades de uso frecuente son el caballo de fuerza (Horse Power, HP) y el caballo de vapor (CV)

1HP = 746 W 1 CV = 735 W

ENERGÍA MECÁNICA

Es la energía que se debe a la posición o al movimiento de un objeto. Cuando el agua de una represa se desprende, la energía potencial se convierte en energía cinética y la suma de ambas conforma la energía mecánica. Cuando se realiza trabajo para dar cuerda a un mecanismo de resorte, el resorte adquiere la capacidad de realizar trabajo sobre los engranajes de un reloj, de un timbre o de una alarma. En cada uno de estos casos se ha adquirido algo. Este “algo” que adquiere un objeto le permite hacer trabajo.

Puede darse en la forma de una comprensión de los átomos del material de un objeto; puede ser la separación física de cuerpos que se atraen; puede tratarse de un reordenamiento de cargas eléctricas en las moléculas de una sustancia. Ese “algo” que permite a un objeto realizar trabajo es energía. Igual que el trabajo, la energía se mide en joules.

ENERGÍA CINÉTICA

Si tú empujas un objeto, puedes ponerlo en movimiento. Un objeto que se mueve puede, en virtud de su movimiento, realizar trabajo. El objeto tiene energía de movimiento, o energía cinética (EC ). La energía cinética de un objeto depende de su masa y su rapidez. Es igual al producto de la mitad de la masa por el cuadrado de la rapidez.

Cuando lanzas una pelota, realizas trabajo sobre ella a fin de imprimirle rapidez. La pelota puede entonces golpear algún objeto y empujarlo, haciendo trabajo sobre él. La energía cinética de un objeto en movimiento es igual al trabajo requerido para llevarlo desde el reposo hasta la rapidez con la que se mueve, o bien, el trabajo que el objeto es capaz de realizar antes de volver al reposo.

Se puede deducir este hecho de la siguiente manera: Si se multiplica la expresión F = m.a(Segunda ley de Newton) a ambos miembros de la igualdad por la distancia d. Donde d es la distancia en un movimiento en línea recta con aceleración constante. De modo que: F.d = m.a.d; como Luego;

Sustituyendo v = a.t en la expresión anterior se obtiene .

Observe que la rapidez está elevada al cuadrado, de tal forma que si se duplica la rapidez de un objeto, su energía cinética se cuadruplica (22 = 4). Esto significa

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